DE69213122T2

DE69213122T2 - Schweisskopf zum Messen von mehreren Schweissparametern und Verfahren zu dessen Verwendung

Info

Publication number: DE69213122T2
Application number: DE69213122T
Authority: DE
Inventors: Prunele Diane De; Alain Dillet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-06-25
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2012-06-26
Also published as: US5371339A; CA2072166A1; JP3236076B2; EP0520894B1; DK0520894T3; JPH05185228A; DE69213122D1; EP0520894A1; FR2678192B1; FR2678192A1; ES2093803T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schweißkopf, der die Messung von Schweißparametern dank visueller Beobachtungseinrichtungen der Schweißzone ermöglicht.
Die Erfindung findet zahlreiche Anwendungen auf den meisten industriellen Hochtechnologie-Gebieten wie z.B. der Raumfahrt, der Nahrungsmittelindustrie, der Luftfahrt und der Atomindustrie. Insbesondere kann sie im innerhalb eines automatischen Schweißsystems angewendet werden.
Die klassischen automatischen Schweißsysteme reproduzieren systematisch vordefinierte Abläufe. Es werden nämlich im voraus die Schweißparameter für Nominal-Schweißbedingungen festgelegt, vor allem verbunden mit der durch den Schweißkopf verfolgten Wegstrecke; sie werden anschließend abgespeichert und für alle für alle Schweißungen verwendet, unabhängig von den Bedingungen, unter denen die Schweiß-Szene abläuft. Diese Bedingungen sind jedoch nur selten konstant und die zufälligen Störungen, die sie aufweisen, werden im allgemeinen nicht beherrscht. Diese Störungen, wie z.B. die Positionierungsabweichungen, die Einfahrabweichungen und die Verformungen können die Ursache von Fehlern mit ärgerlichen Konsequenzen sein (z.B. Ausschuß).
Bekanntlich werden zur teilweisen Korrektur von einigen dieser Fehler an den vorhergehenden Schweißsystemen Sensoren installiert. Solche Einrichtungen sind beschrieben in dem Buch "Robots de soudage, capteurs et adaptativite de trajectoire" (Schweißroboter, Sensoren und Streckenanpassungsfähigkeit) aus der Serie "Traite de soudage automatique" (Abhandlung über das automatische Schweißen) von J.M. Detriche, 1988 veröffentlicht durch Editions Hermes.
Die vorliegende Erfindung hat einen Schweißkopf zur Zielsetzung, der ein Messen der für eine Qualitätsschweißung wesentlichen Parameter ermöglicht. Diese Messungen von Schweißparametern erfolgen durch Analyse von Bildern der Schweiß-Szene, aufgenommen durch eine Kamera.
Integriert in ein automatisches Schweißsystem können die so gemessenen Parameter quasi-momentan korrigiert werden und verhindem so Streckenabweichungen, Eindringabweichungen und weitere Abweichungen, die größer sind als die jeweiligen Toleranzen.
Genauer ausgedrückt hat die Erfindung einen Schweißkopf zum Gegenstand, umfassend:
- einen Schweißbrenner zum Bilden einer Schweißnaht in einer Schweißebene;
- Beleuchtungseinrichtungen einer Schweißzone, ein Schweißbad sowie die Schweißnaht umfassend;
- Einrichtungen zum Herstellen von Aufnahmen der Schweißzone, wobei der Schweißkopf dadurch gekennzeichnet ist, daß er außerdem umfaßt:
- eine Schweißelektrode an dem Schweißbrenner;
- Einrichtungen zum Bilden von punktuellen und elementaren Lichtmarken auf der Schweißzone; und
- Einrichtungen zum Festlegen der Lage der Lichtmarken durch Triangulation, die ermöglichen, die Höhe des Schweißkopfes über ihren Auftreffpunkten zu messen.
Eine andere automatische Schweißvorrichtung ist in der Patentanmeldung JP-A-62-93 093 beschrieben. Diese Vorrichtung benutzt ein Binärcodierungsverfahren eines Bildes des zu schweissenden Teils und insbesondere der Schweißstelle bzw. -linie. Dieses Bild wird unterteilt in mehrere Teile, wobei auf jedem von diesen die Lage der Schweißlinie gemessen wird. Wenn eine der Messungen zu stark von den anderen Messungen abweicht, ermittelt man den Durchschnittswert der verschiedenen Messungen. Diese Vorrichtung ermöglicht nur, der Stoßfuge zu folgen.
Vorzugsweise sind die Bildaufnahmeeinrichtungen ausrichtbar, bezogen auf eine Normale bzw. Senkrechte zu einer Schweißebene, die die Schweißzone enthält, nach wenigstens einem einstellbaren Bildaufnahmewinkel, wobei jeder dieser Winkel die Festlegung wenigstens eines Schweißparameters ermöglicht.
Diese Bildaufnahmewinkel sind jeweils ungefähr 15 bzw. 45º.
Außerdem ist der Schweißbrenner geneigt in bezug auf die Schweißebene, wobei der Winkel dieser Neigung negativ ist bezüglich der Bildaufnahmewinkel.
Nach einer Charakteristik der Erfindung umfaßt der Schweißkopf außerdem eine Schweißdüse, die fähig ist, Lichtmarken zu bilden und Bilder von der Schweiß-Szene aufzunehmen.
Die Düse umfaßt ihrerseits ein großes Gehäuse, das einen unteren Teil des Schweißbrenners umgibt, und eine Hülse, die einen oberen Teil der Elektrode umgibt, wobei das untere Ende dieser Elektrode sich außerhalb der Düse befindet.
Nach einer Ausführungsart der Erfindung sind die Einrichtungen zum Bilden der Lichtmarken auf der Schweißszene fähig, zwei Lichtmarken zu bilden, angeordnet zu beiden Seiten der Schweißelektrode, vor dieser.
Nach einer anderen Ausführungsart der Erfindung sind die Einrichtungen zum Bilden der Lichtmarken auf der Schweißszene fähig, drei Lichtmarken zu bilden, die eine bezüglich der Schweißrichtung hinter der Elektrode und die beiden anderen zu beiden Seiten der Elektrode, vor dieser.
Außerdem umfassen die Einrichtungen zu Bilden der Lichtmarken eine monochromatische Lichtquelle, optisch gekoppelt mit ebensovielen Lichtleitfasern wie es Lichtmarken gibt, wobei jede dieser Fasern verbunden ist mit einer Projektionsoptik.
Vorteilhafterweise umfassen die Einrichtungen zum Beobachten der Schweißzone eine Aufnahmekamera, die ausgestattet ist mit einem weg- bzw. zurückziehbaren Spektralfilter, zentriert auf das monochromatische Licht der Lichtmarkenbildungseinrichtungen.
Nach einer Ausführungart sind die zweiten Einrichtungen zum Durchführen der Aufnahmen zugleich die ersten Einrichtungen zum Bestimmen der Lage der Lichtmarken.
Nach einer weiteren Ausführungsart sind die ersten Einrichtungen zum Bestimmen der Lage der Lichtmarken unabhängige Lagesensoren.
Dieser Schweißkopf benutzt ein Verfahren, das aus einer Bildaufnahme von einer laufenden Schweißszene besteht, während der das Schweißbad gebildet wird und die Schweißnaht geformt wird.
Dieser Schweißkopf kann in ein automatisches Schweißsystem integriert werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es außerdem Verarbeitungseinrichtungen umfaßt, verbunden mit den Einrichtungen zum Beobachten der Schweißzone und fähig, in Echtzeit die relative Verschiebung zwischen dem Brenner und der Schweißzone und die Schweißparameter zu korrigieren.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen besser aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, bezogen auf die beigefügten Zeichnungen:
- die Figur 1 stellt schematisch den erfindungsgemäßen Schweißkopf dar;
- die Figur 2 zeigt schematisch im Längsschnitt die in der Erfindung verwendete Sehdüse;
- die Figuren 3A und 3B stellen die Winkelorientierungen verschiedener Komponenten des erfindungsgemäßen Schweißkopfs der bevorzugten Ausführungsart dar, geschnitten entsprechend einerseits einer zur Schweißrichtung parallelen Ebene und andrerseits einer zu besagter Schweißebene senkrechten Ebene.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, wesentliche Parameter zum Erzielen einer guten Schweißqualität zu messen. Die hauptsächlich zu bewertenden Parameter sind die Lage der Stoßfuge, die Breite (oder der Durchmesser) des Schmelzbades und die Höhe des Schweißkopfes über den Auftreffpunkten der Lichtmarken. Mittels der vorliegenden Erfindung werden ebenfalls weitere Parameter bewertet.
Im vorliegenden Text wird der Begriff "Kopfhöhe" verwendet, bezogen auf eine Schweißung in flacher Lage; im Falle einer Schweißung in einer anderen Lage (z.B. vertikal ansteigend) ist klar, daß es sich um den Abstand zwischen dem Kopf und der die Schweißungsoberfläche berührenden Ebene handelt.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des Schweißkopfes mit den hauptsächlichen Elementen, nämlich dem Schweißbrenner 1, an den eine Spezial-Sehdüse 2 angepaßt ist, Einrichtung 3 zum Bilden der Lichtmarken und Bildaufnahmeeinrichtungen 4.
Die Gesamtheit dieser Elemente des Schweißkopfes ermöglicht die Sichtbarmachung der Schweißszene in Bildern, die durch die Aufnahmeeinrichtungen kontinuierlich aufgenommen werden. Diese Schweißszene befindet sich nämlich im Sehfeld 5 besagter Aufnahmeeinrichtungen, wobei dieses Feld einem Teilstück der Schweißebene (x, y) entspricht, in der sich die beiden zu verschweißenden Teile A und B befinden.
In diesem Feld 5 sieht man den Stoß 51, d.h. die Fuge zwischen den Teilen A und B, die man verschweißen will, die Schweißnaht 52, d.h. das Resultat des Schmelzbads 53, die die Verschweißung zwischen den Teilen A und B gewährleistet, und die Spitze 12 einer Schweißelektrode.
Typisch für dieses Feld 5 sind Abmessungen von 30 x 15 mm (30mm in Richtung Schweißachse) bei einer Lichtbogenschweißung.
Der Schweißbrenner 1, eingerichtet für Inertgasschweißung mit einer Wolframelektrode (TIG) umfaßt an seinem der Schweißebene (x, y) zugewandten Ende eine Schweißelektrode 11. Diese Elektrode 11 endet mit einer Spitze 12, die die Erzeugung des Lichtbogens ermöglicht und damit des Schmelzbades 53, das zwischen den Teilen A und B entsteht.
Der Schweißbrenner 1 ist leicht geneigt bezüglich der Senkrechten zur Schweißebene (x, y), um die Schweißszene für die Bildaufnahmeeinrichtungen 4 nicht zu versperren.
Diese Aufnahmeeinrichtungen 4 ermöglichen also, ein stabiles Bild zu erhalten. Somit bleibt das Bild von der Schweißszene bezüglich des Schweißbrenners 1 feststehend, obwohl der Schweißbrenner 1 und die zu verschweißenden Teile eine Relativbewegung ausführen. Außerdem sind die Aufnahmeeinrichtungen bezüglich der Senkrechten zur Schweißebene (x, y) nach vorn geneigt und sie umfassen im wesentlichen eine Aufnahmekamera 41.
Nach der beschriebenen Ausführungsart der Erfindung ist die Kamera vom Typ Photoelementanordnung (CCD) mit elektronisch schrittweise varuerbarer Belichtungszeit. Die mögliche Dynamik variiert von 1/50 bis 1/1000 Sekunde. Man erhält somit das Äquivalent einer ferngesteuerten Blende, programmierbar und repetitiv, ohne Einführung irgendeines mechanischen Organs.
Außer der Kamera 41 umfassen die Aufnahmeeinrichtungen 4 ein Standardobjektiv 42, dessen Brennweite und Ausgabe (tirage) angepaßt sind an das zu beobachtende Feld 5. Typischerweise beträgt die Brennweite dieses Objektivs 42 Somm und der Verlängerungsring (bague allonge) ungefähr 17mm. Bei einer solchen Kamera bleibt die Blende konstant, wenn ihre elektronische Regelung der Belichtungsdynamik erfolgt.
Außerdem ist es generell nötig, der optischen Vorrichtung, bestehend aus der Kamera 41 und dem Objektiv 42, ein Spezialfilter 43 hinzuzufügen, das ermöglicht, den chromatischen Gehalt bzw. Inhalt des durch die Kamera aufgenommenen Lichts zu modellieren (modeler).
Der zum Schweißen nötige Lichtbogen wird nämlich begleitet von einem starken Licht, von dem einige Strahlungen eine Wellenlänge unter 600nm haben; diese Strahlungen würden die Qualität der durch die Kamera 41 aufgenommenen Bilder verschlechtern. Das Spektralfilter 43 ermöglicht vor allem, diese Strahlungen zu eliminieren. Während der Schweißphasen funktioniert das Aufnahmesystem (d.h. die Kamera 41) nämlich mittels einer sogenannten passiven Beleuchtung, denn die Schweißszene wird in ihrer Gesamtheit durch das vom Lichtbogen und der Elektrode ausgestrahlte Licht beleuchtet.
Dieses Filter ermöglicht zudem, die Sichtbarkeit der Lichtmarken 31 zu verbessern, ausgestrahlt durch die Einrichtungen 3 zur Lichtmarkenbildung, wenn besagtes Filter 43 ein auf die Wellenlänge der Lichtmarken 31 zentriertes Interferenzfilter ist.
Die Lichtmarken 31 sind punktförmige Elementarspots, das heißt, daß sie Lichtpunkte sind, die durch bezüglich des Schweißbrenners 1 feststehende Einrichtungen 3 ausgestrahlt werden, wobei der Begriff "Elementarspot" als das Gegenteil eines "eine Oberfläche abtastenden Spots" definiert wird.
Hingegen muß man für die Beobachtungen ohne Lichtbogen das Interferenzfilter 43 weg- bzw. zurückziehen, das eine zu schwache Lichtwellenübertragung darstellt, selbst bei Vorhandensein einer sehr starken Zusatzbeleuchtung 9.
Vorteilhafterweise ist die Bandbreite des Filters 43 angepaßt, um die relativen Sichtbarkeiten der Spots und der Schweißszene auszugleichen. Typischerweise ist dies das 1nm-Band.
Die Wahl eines CCD-Kameramodells 41 ermöglicht eine bessere Bildqualität aufgrund des Widerstands dieser Kamera gegen die Blendwirkung und ihrer relativen Unempfindlichkeit gegenüber den starken elektromagnetischen Bedingungen, die bei geringem Abstand vom Lichtbogen herrschen.
Die Einrichtungen 3 zur Lichtmarkenbildung, vorhergehend erwähnt, umfassen kleine Hehum-Neon-Laser mit einigen Milliwatt, nicht dargestellt, von denen jeder eine Lichtleitfaser 33 speist, die ihrerseits in einer kleinen Projektionsoptik 34 mündet. Diese Optik 34 ist versehen mit Feinregelungseinrichtungen, die ermöglichen, die Lichtmarke 31 an der gewünschten Stelle des Beobachtungsfeldes 5 zu lokalisieren.
Nach den Ausführungsarten der Erfindung gibt 2 oder 3 Lichtmarken 31. Sie werden benutzt, um mittels einer bekannten Triangulationsmethode die Höhe des Schweißkopfes über ihrem Auftreffpunkt zu messen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung projiziert man zwei Lichtmarken 31A und 31B vor die Schweißszene und beiderseits ihrer Längsachse, in der Figur repräsentiert durch die Abszissenachse x, in Zonen, die normalerweise dunkel und frei sind.
Meßeinrichtungen der Lichtmarken-Lage ermöglichen, aus den Beleuchtungseffekten, die aus der Projektion der Lichtmarken resultieren, die Lage dieser Lichtmarken abzuleiten. Bei einer ersten Ausführungsart der Erfindung, dargestellt in Figur 1, sind diese Meßeinrichtungen vereinigt mit der Aufnahmekamera 41.
Nach einer weiteren Ausführungsart sind diese Meßeinrichtungen handelsübliche Lagesensoren.
Es handelt sich z.B. um analoge Schaltkreise des Typss PSD (Position Sensing Device), die zusammen mit einer geeigneten Elektronik die Längsposition des "Schwerpunkts" einer Lichtmarke liefern, die auf ein lineares CCD projiziert wird.
Generell ermöglichen die Höhenmessungen mittels Triangulation, die die Projektion von Lichtmarken auf die Schweißszene benutzen, bestimmte, vorhergehend erwähnte Parameter zu bestimmen. Genauer ausgedrückt:
- kann man an einer Lichtmarke 31 oder durch eine Mittelwert-Messung an zwei Lichtmarken die Höhe des Schweißkopfs ohne Lichtbogen messen für eine vorhergehende vertikale Einstellung;
- kann man mit zwei Lichtmarken 31A-31B während des Schweißbetriebs entweder die Einfahr-Ungleichheit auf beiden Seiten der Stoßfuge 51 messen (Differentialmessung) oder durch eine Mittelwertmessung den Wulst d.h. die Überdicke der sich bildenden Naht 52 bei einer Schweißung mit Schweißdraht messen, denn der Schweißbrenner steigt an im Falle eines Wulstes, wenn es eine Lichtbogenspannungsregulierung gibt.
Bei einer Ausführungsart, bei der man drei Lichtmarken benutzt, befindet sich die dritte Lichtmarke in bezug auf die Schweißrichtung x hinten, in unmittelbarer Nähe zur Elektrodenspitze. Diese dritte Lichtmarke ermöglicht entweder eine direkte Messung des Wulstes der Naht 52 hinter dem Schweißbrenner, oder eine zusätzliche Beleuchtung der Stoßfuge 51, um dieser Stoßfuge folgen zu können, wenn die Kamera 41 sich auf einer Achse nahe der Schweißebenen-Normalen befindet.
In Figur 1 ist ebenfalls die Gasversorgung 6 dargestellt, wobei das Gas (nämlich ein neutrales Schutzgas wie Hehum, Argon, ..., bei der beschriebenen Ausführung) sich momentan in der Düse ansammelt bzw. gespeichert wird.
Eine elektrische Verbindung 8 gewährleistet eine Energieversorgung des Schweißkopfs, eine Übertragung von Steuerbefehlen zwischen diesem Kopf-und einer Steuerelektronik, sowie einen Videoausgang, der die Kamera 41 mit einer Außeneinrichtung verbindet, aufgrund der der Operator die Bilder von der Schweißszene sichtbar machen bzw. sehen kann.
Eine Wasserversorgung 7A und -entleerung 7B sind verbunden mit den nicht dargestellten Kühleinrichtungen der Aufnahmeeinrichtungen und des Schweißbrenners.
In Figur 2 ist im Längsschnitt die Spezial-Sehdüse 2 dargestellt, angepaßt an einen Schweißbrenner 1. Diese Düse 2 ist angepaßt an die Lichtwege der Bildaufnahme und Lichtmarkenprojektion, wobei diese Wege in unmittelbarer Nähe der Spitze 12 der Elektrode konvergieren.
Dazu umfaßt die Düse 2 einerseits eine Hülse 21 des klassischen Typs, welche die Elektrode 11 eng umgibt, und andrerseits einen Düsenkörper 22, der das gesamte Ende des Schweißbrenners 1 umgibt.
Die Hülse 21 der Düse ist kürzer als die Elektrode 11, so daß ein relativ großer Teil dieser Elektrode vorsteht aus der Hülse 21, wobei dieser Teil der Elektrode obligatorisch die Elektrodenspitze 12 umfaßt.
Der das Schweißbrennerende umgebende Düsenkörper 22 ist relativ weit, um in Höhe des Schmelzbads und der sich bildenden Naht genügend Gas zu enthalten. Nach einer Ausführungsart ist der Düsenkörper 22 teilweise oder ganz aus einem transparenten Material hergestellt, das den Lichtwegen der Bildaufnahme und der Lichtmarkenprojektion ermöglicht, die Düse 2 in 23a und 23b zu durchqueren.
In den Figuren 3A und 3B ist die Geometrie der Hauptausrichtungen des Schweißkopfes dargestellt.
Genauer ausgedrückt zeigt die Figur 3A einen Schnitt parallel zu der Schweißrichtung x und die Figur 3B zeigt einen Schnitt senkrecht zu derselben Schweißrichtung.
So kann man in Figur 3A die Ausrichtungen des Schweißkopfes entsprechend einer zur Schweißebene senkrechten Ebene (x, z) sehen, das heißt, daß man - für die bevorzugte Ausführung der Erfindung - die durch die verschiedenen Elemente des Schweißkopfes eingenommenen Winkelausrichtungen sehen kann, bezogen auf die Normale N der Schweißebene (x, y).
Alle Winkelausrichtungen sind angegeben mit Bezug auf diese Normale N der Schweißebene.
So bildet die Achse X1 des Schweißbrenners einen Winkel von ungefähr -10º bis -15º mit der Normalen N. Der Schweißbrenner ist nämlich leicht nach hinten geneigt, um der Kamera den "Blick" auf das Schmelzbad zu ermöglichen. Die Schweißung erfolgt dann "schiebend".
Die Aufnahmeeinrichtungen, nämlich im wesentlichen die Kamera, beobachten die Schweißszene unter einem bestimmten Winkel in bezug auf die Normale N. Dieser Winkel spielt eine wichtige Rolle bei der Auswertungsmöglichkeit des von der Schweißszene erhaltenen Bilds. Die Schweißszene wird bei der benutzten Wellenlänge nämlich im wesentlichen durch die auf hohe Temperatur gebrachte Elektrodenspitze beleuchtet. Die Charakteristika des erhaltenen Bilds hängen folglich wesentlich von den Auswirkungen von Reflexen und von halb-streifenden Beleuchtungen aufgrund dieser Anstrahlung ab.
Man kann so zwei Winkelzonen bestimmen, von denen jede eine andere Auswertung der Schweißszene charakterisiert:
- um die Stoßfuge vor dem Schmelzbad zu untersuchen (in dem Fall, wo kein Schweißdraht verwendet wird), muß die Richtung X2 der Kamera einen Winkel β von ungefähr 45º mit der Normalen N bilden; die Stoßfuge wird dann in dem Bild dargestellt durch eine dunkle Linie auf einem leuchtenden Grund;
- um die Breite des Schmelzbades zu messen, erfolgt die beste Beobachtung unter einem Winkel γ von ungefähr 15º zwischen der optischen Achse X3 der Kamera und der Normalen N.
Hingegen kann die Höhe des Schweißkopfes gemessen werden für die beiden vorhergehend erwähnten Winkelausrichtungen β und γ, denen man korrelativ den Schutzwinkel der Lichtmarken hinzufügt.
Um die Anwendung des Höhenmeßprinzips durch Triangulation zu ermöglichen, müssen die Lichtmarken in bezug auf die Achsen X2 und X3 der Kamera entsprechend einem ausreichend großen Winkel projiziert werden. Jedoch werden besagte Lichtmarken auch nicht mehr unter einem zu sehr streifenden Winkel projiziert, d.h. einem kleinen Winkel in bezug auf die Schweißebene, um sich auf der Auftreffebene ausreichend zu zerstreuen. Ein Winkel 6 von 454 zwischen der Lichtmarken-Projektionsachse X4 und der Normalen N, mit einer Projektion hinter dem Schweißbrenner, entspricht den beiden vorerwähnten Bedingungen.
Die Figur 3B stellt die Ausrichtungen des Schweißkopfes entsprechend einer zur Schweißebene (x, y) senkrechten Ebene dar, die nicht die Schweißrichtung enthält. Diese Figur zeigt die beiden Achse X4 der beiden Lichtmarken, symetrisch beiderseits der Schweißelektrode verteilt, die sich ihrerseits selbst über der Schweißnaht 52 befindet, entsprechend der Normalen N.
Der soeben beschriebene Schweißkopf kann eingesetzt werden in einem automatischen Schweißsystem. Bei einer solchen Anwendung wird der Schweißkopf befestigt am Ende eines Trägers, z.B. eines Schweißroboters oder einer Schweißmaschine. Er wird ebenfalls verbunden mit Bildverarbeitungseinrichtungen, die aus den genannten Bildern die Schweißparameterwerte und folglich die Werte der im System vorzunehmenden Korrekturen ableiten können.
Ein solches System gewährleistet die Fernsteuerung zahlreicher Elemente des Schweißkopfes und sorgt für das ferngesteuerte Wegschwenken bzw. Zurückziehen des Spektralfilters.

Claims

1. Schweißkopf, umfassend:

- einen Schweißbrenner (1) zum Bilden einer Schweißnaht (52) in einer Schweißebene (x, y);

- Beleuchtungseinrichtungen (9) einer Schweißzone, ein Schweißbad sowie die Schweißnaht umfassend;

- Einrichtungen (41) zum Herstellen von Aufnahmen der Schweißzone; wobei der Schweißkopf dadurch gekennzeichnet ist, daß er außerdem umfaßt:

- eine Schweißelektrode (11) an dem Schweißbrenner (1);

- Einrichtungen (3) zum Bilden von punktuellen und elementaren Lichtpunkten (31) auf der Schweißzone; und

- Einrichtungen zum Festlegen der Lage der Lichtpunkte durch Triangulation, die so ermöglichen, die Höhe des Schweißkopfes über ihren Auftreffpunkten zu messen.

2. Schweißkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtungen ausrichtbar sind in bezug auf eine Senkrechte bzw. Normale zu einer die Schweißzone enthaltenden Schweißebene (x, y), wenigstens entsprechend einem verstellbaren Aufnahmewinkel (β, γ), was die Bestimmung bzw. Feststellung von wenigstens einem Schweißparameter ermöglicht.

3. Schweißkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmewinkel jeweils ungefähr 15 und 454 betragen.

4. Schweißkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißbrenner geneigt ist in bezug auf die Normale der Schweißebene, wobei der Winkel (α) dieser Neigung negativ ist bezüglich der Aufnahmewinkel.

5. Schweißkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem eine Schweißdüse (2) umfaßt, die die Bildung der Lichtpunkte ermöglicht und die Aufnahmen von der Schweißszene.

6. Schweißkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse ein großes Gehäuse (22) umfaßt, das einen unteren Teil des Schweißbrenners umgibt und Lichtwege für Aufnahmen und zur Bildung von Lichtpunkten ermöglicht, und eine Hülse (21), die einen oberen Teil der Elektrode umgibt, wobei das untere Ende (12) der Elektrode sich außerhalb der Hülse befindet.

7. Schweißkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Bilden der Lichtpunkte auf der Schweißszene zwei Lichtpunkte bilden können, angeordnet zu beiden Seiten der Schweißelektrode, vor dieser.

8. Schweißkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß drei Lichtpunkte angeordnet sind, der eine bezüglich der Schweißrichtung hinter der Elektrode und die beiden anderen zu beiden Seiten der Elektrode, vor dieser.

9. Schweißkopf nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Bilden der Lichtpunkte wenigstens eine Quelle (32) für monochromatisches Licht umfassen, optisch mit ebensovielen Lichtleitfasern (33) -gekoppelt, wie es Lichtpunkte gibt, wobei jede dieser Fasern verbunden ist mit einer Projektionsoptik (34).

10. Schweißkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser ist.

11. Schweißkopf nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Beobachten der Schweißzone eine Aufnahmekamera (41) umfassen, die ausgestattet ist mit einem wegziehbaren Spektralfilter (43), zentriert auf das monochromatische Licht der Lichtpunktbildungseinrichtungen.

12. Schweißkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Einrichtungen zum Durchführen der Aufnahmen zugleich die ersten Einrichtungen zum Bestimmen der Lage der Lichtpunkte sind.

13. Schweißkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Einrichtungen zum Bestimmen der Lage der Lichtpunkte unabhängige Lagesensoren sind.

14. Automatisches Schweißverfahren, durchgeführt mit dem Schweißkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Aufnahme einer laufenden Schweißszene besteht, während der das Schweißbad gebildet wird und die Schweißnaht geformt wird.

15. Automatisches Schweißsystem, einen Schweißkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfassend, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem Verarbeitungseinrichtungen umfaßt, verbunden mit den Einrichtungen zum Beobachten der Schweißzone und fähig, in Echtzeit die relative Verschiebung zwischen dem Brenner und der Schweißzone und die Schweißparameter zu korrigieren.